¿Por qué su panel solar flexible no produce la potencia nominal?

Paneles solares flexibles · Rendimiento en campo

Parte 1 — El problema

La etiqueta dice 200 W. Su contador dice 145 W.

Recibimos este mensaje todas las semanas, de propietarios de autocaravanas, barcos, fabricantes de furgonetas y ingenieros de fabricantes de equipos originales. El panel se ve perfecto. El cielo está despejado. El valor en el controlador sigue siendo decepcionante, y la primera sospecha siempre es la misma: el panel debe ser falso o defectuoso.

Normalmente no lo es.

Cada En la práctica, los paneles solares, tanto de vidrio como flexibles, producen menos energía de la indicada en su etiqueta. La diferencia radica en que esta diferencia se hace más evidente, debido a tres razones interrelacionadas. Al estar planos, reciben la luz solar en ángulo durante la mayor parte del día. Al estar adheridos a una superficie, el calor no se disipa. Además, suelen alimentar pequeños sistemas de 12 V, donde el controlador y la batería comienzan a limitar la producción mucho antes de que lo haga el sol.

Por lo tanto, la pregunta importante no es si el panel está roto, sino: ¿cuánta pérdida es normal y cuánto se puede recuperar? Esta guía responde a ambas preguntas, con los cálculos correspondientes.

Parte 2 — Las reflexiones

¿Dónde se pierden realmente los vatios?: Nueve razones por las que un panel flexible tiene un rendimiento inferior al esperado.

1. La calificación es una prueba de laboratorio, no una promesa sobre el terreno.

Cada módulo está clasificado bajo condiciones de prueba estándar: 1000 W/m² de luz, a 25 °C celúla temperatura y el espectro de referencia AM1.5G definido en IEC 60904-3.

Nota: temperatura de la celda, no del aire. Bajo un sol intenso, un panel supera los 55 °C sin problemas, y uno con unión adhesiva puede alcanzar temperaturas mucho más altas.

La certificación STC existe para que los compradores puedan comparar módulos en igualdad de condiciones. Nunca tuvo como objetivo describir lo que llega a la batería.

Las herramientas de modelado serias reintroducen las pérdidas directamente. PVWatts de NREL aplica una pérdida de sistema predeterminada de 14% sobre su modelo meteorológico. Se construye a partir de 2% de suciedad, 3% de sombreado, 2% de desajuste, 2% de cableado, 0.5% de conexiones, 1.5% de degradación inducida por la luz, 1% de tolerancia de la placa de características y 3% de disponibilidad, combinados multiplicativamente, no sumados. El conjunto completo de parámetros se publica en el modelo. referencia técnica; la herramienta en sí reside en pvwatts.nrel.gov.

Tenga en cuenta lo que describen esas especificaciones: sistemas de techo limpios, bien construidos e instalados profesionalmente. Un vehículo o una embarcación representan un entorno más exigente.

2. Calor: la mayor pérdida individual en un panel flexible adherido

Las celdas de silicio pierden voltaje a medida que se calientan, y su hoja de datos indica la tasa exacta: coeficiente de temperatura de Pmax. Los módulos de tipo n convencionales ahora publican valores de alrededor de -0,29 %/°C, con productos premium de contacto posterior ligeramente mejores; los productos de la era PERC se situaban más cerca de -0,35 a -0,40 %/°C. Ejemplo de hoja de datos de tipo n.

Toma −0,29 %/°C y aplícalo a un panel de 200 W. El calor por sí solo produce esto:

Hasta aquí, todo normal. Lo que sigue es específico de los módulos flexibles y es más extenso de lo que la mayoría de los compradores esperan.

El modelo de rendimiento de Sandia Array publica diferentes coeficientes térmicos para diferentes estilos de montaje, obtenidos a partir de mediciones de hardware. Dos de ellos son importantes aquí. "Rack abierto" describe el aire libre detrás del módulo; “Espalda aislada” describe la ausencia total de flujo de aire hacia la superficie trasera. — el caso utilizado para módulos integrados en edificios y para módulos colocados planos sobre una superficie. Un panel flexible adherido pertenece a la segunda columna. Coeficientes aquí; las definiciones de montaje se establecen en el Implementación de pvlib.

Si se aplican las mismas condiciones meteorológicas en ambos casos (1000 W/m², 30 °C de temperatura ambiente, 1 m/s de viento), las dos columnas se separan claramente:

Apenas 28 °C más caliente, y aproximadamente 8% más de potencia perdida. — únicamente a partir del método de montaje, sin modificar las celdas. Una aclaración importante: el caso publicado más similar en ese conjunto de datos es un módulo de vidrio/celda/lámina de polímero, por lo que lo utilizamos como la aproximación más cercana disponible para un laminado flexible, en lugar de una coincidencia exacta. La dirección y el orden de magnitud se mantienen; las cifras decimales, no.

Los ingenieros de Victron llegan a la misma conclusión desde una perspectiva diferente. Su informe técnico sitúa el factor de pérdida térmica en torno a 20 W/m²·K para un conjunto independiente, frente a aproximadamente 10 para uno con la parte posterior totalmente aislada. Esto supone la mitad de la refrigeración. También señalan que las temperaturas de las celdas detrás de una parte posterior totalmente aislada pueden superar habitualmente los 100 °C. Consulte el documento de Victron.

3. El montaje plano evita la luz solar directa.

Un panel funciona mejor cuando la luz solar incide directamente sobre él, y un panel de techo plano recibe eso durante unos pocos minutos al año como máximo. haz directo, La parte utilizable sigue el seno de la altura del sol sobre el horizonte.

Considere esa tabla como una guía, no como un veredicto. Un panel plano también capta la luz difusa de toda la bóveda celeste, y una superficie horizontal abarca una mayor porción de dicha bóveda que una inclinada. Por lo tanto, las pérdidas reales con ángulos solares bajos resultan menores de lo que sugiere la columna de luz, especialmente en condiciones de neblina y cielo nublado.

La forma de la curva sigue marcando tu día. Tu panel luce espléndido a la 1 de la tarde en julio y desolador a las 9 de la mañana en noviembre, y la geometría es lo único que ha cambiado.

Por eso, las horas de máxima radiación solar importan más que la potencia máxima en vatios. Un panel que mantiene los 85% de su etiqueta durante dos horas superará a uno que roza los 95% durante veinte minutos.

4. Las sombras pequeñas causan mucho más daño del que la gente espera.

Si se sombrea una celda, no se pierde la potencia que proporciona. En una conexión en serie, la celda sombreada limita la corriente de todos los componentes conectados a ella, lo que explica cómo un conducto de ventilación, un riel, una antena, una driza o incluso un excremento de pájaro pueden provocar la caída de todo un panel.

Las celdas de contacto posterior realmente ayudan aquí, dentro de límites que preferimos señalar en lugar de difuminar. En un estudio de simulación de TÜV NORD publicado por pv magazine, los módulos de contacto posterior tuvieron una ventaja sobre TOPCon, mientras que tres o menos células se sombrearon en diferentes subcadenas. Más allá de unas cuatro celdas, la ventaja se esfumó y ambas tecnologías perdieron aproximadamente la mitad de su potencia. Lea el resumen del estudio..

Nótese qué es esa evidencia: un estudio de modelado con doble diodo, no una prueba de campo. Marca un límite; no garantiza resultados.

Por lo tanto, tenemos una regla de la casa que, si lo desean, pueden hacernos cumplir:

5. Es posible que su controlador de carga esté limitando la potencia del panel: PWM vs MPPT

A PWM El controlador es esencialmente un interruptor: al cerrarlo, el panel se reduce al voltaje de la batería más aproximadamente medio voltio. MPPT El controlador es un convertidor CC-CC, por lo que puede mantener el panel en su punto de máxima potencia y convertir el exceso de voltaje en corriente de carga adicional.

Victron trabaja el caso clásico en su totalidad. Un panel de 100 W y 36 celdas con Vmp 18 V, que carga una batería de 13 V a 25 °C, produce aproximadamente 81 W a través de PWM. 19% menos que el MPPT obtiene del mismo panel bajo el mismo sol.

Aquí está la parte que casi todos los artículos sobre este tema omiten. Esa diferencia se reduce a medida que el panel se calienta. A 75 °C, Vmp se ha acercado al voltaje de la batería y los dos tipos de controladores alcanzan el nivel óptimo; Victron sitúa a PWM dentro de 10% de MPPT en un rango de aproximadamente 45–75 °C con voltajes de carga normales. Irónico, pero cierto: cuanto más caliente funcione el panel conectado, menos costoso será un controlador PWM, ya que el calor ya ha absorbido el voltaje que MPPT habría aprovechado.

Por lo tanto, la modulación por ancho de pulsos (PWM) no es automáticamente un desastre. Se convierte en uno cuando:

• El voltaje de funcionamiento (Vmp) se sitúa muy por encima del voltaje de la batería, lo cual es habitual en los paneles modernos que llevan más celdas en serie;
• El panel está frío, precisamente cuando un buen módulo estaría en su mejor momento;
• La luz es débil, ya que Vmp colapsa a baja irradiancia y MPPT se aleja;
• Hay sombra, lo que provoca una caída de tensión en el conjunto de paneles;
• o la temperatura de la celda sube tanto que un panel de 12 V nominales en PWM nunca alcanza el voltaje de absorción y la batería simplemente nunca se llena.

Haz tus propios cálculos antes de culpar al módulo. ¿Vmp cerca de 18 V en un techo caliente? El PWM te cuesta muy poco. ¿Vmp de 20 V o más en una mañana fresca? Espera una pérdida de entre 20 y 301 TP3T.

6. Una batería completamente cargada rechaza la energía.

Los controladores de carga funcionan en etapas. La carga principal impulsa la corriente máxima hasta que la batería alcanza aproximadamente un estado de carga de 80–90%; luego, la absorción mantiene el voltaje constante y reduce la corriente; float lo ajusta aún más una vez que la batería se encuentra cerca de 98%. Morningstar expone aquí las etapas..

Si realizas la prueba a las 2 de la tarde con la batería completamente cargada, estarás midiendo el consumo de la batería, no la capacidad del panel. El panel podría estar en perfectas condiciones y aun así el indicador marcaría un nivel bajo.

Realice la prueba con un estado de carga de 40–60% o con una carga real en funcionamiento.

7. Cables, terminales y el punto donde se mide

Los sistemas de bajo voltaje manejan corrientes altas, y las corrientes altas no toleran cables delgados. Cables largos, de calibre insuficiente, conexiones deficientes, conectores de diferentes marcas y terminales corroídos provocan una pérdida de voltaje en el circuito antes de que llegue a la batería. Un cable caliente al tacto es un cable que está consumiendo energía.

Comprueba también de dónde proviene ese número. La cifra que se muestra en la batería ya ha pasado por el controlador y el cableado; no es la salida de CC del panel, y compararla con una hoja de datos es comparar dos cosas distintas.

8. La suciedad importa más en una pantalla plana.

Casi todos los estudios publicados sobre la suciedad se realizaron con módulos de vidrio inclinados sobre bastidores. Los paneles flexibles se mantienen a una inclinación de entre 0 y 10°, lo que constituye precisamente el punto ciego en dicha bibliografía.

La inclinación permite que la lluvia arrastre el polvo del cristal. Un panel casi plano, en cambio, retiene la capa de polvo y, por lo general, también desarrolla una línea de suciedad en el borde inferior.

Un estudio de la Universidad Estatal de Arizona midió esto directamente, utilizando dos conjuntos de minimódulos colocados en nueve ángulos de inclinación durante tres meses. Los módulos a 0° perdieron alrededor de 2,02% debido a la suciedad, frente a aproximadamente 1,05% a 23° y 0,96% a 33°. Lea el estudio. Estas cifras corresponden a la temporada templada, en un clima con suficientes lluvias; en regiones polvorientas donde pasan meses sin llover, las pérdidas en terreno llano son mucho, mucho mayores.

9. A veces el panel realmente se siente herido.

Los laminados flexibles presentan fallos que los módulos de vidrio no pueden causar.

• Al doblar las celdas con un radio menor al permitido, se producen grietas.
• La flexión repetida provoca fatiga en las cintas que conectan las células.
• Al pararse sobre el panel, justo encima de una cresta dura, se crea una carga puntual.
• Las láminas frontales de PET de bajo costo se amarillean y se empañan después de algunas temporadas al aire libre.
• El agua que penetra por un borde dañado corroe las interconexiones.

Las células dañadas se anuncian como una pérdida permanente, como en un día soleado, que jamás se recupera, por muy fresca que sea la mañana. Esa es la señal que hay que buscar.

Los materiales te dan margen de beneficio. El ETFE de grado fotovoltaico mantiene una alta transmisión de luz y resiste la exposición al aire libre mucho mejor que el PET económico; comparamos ambos. capa por capa aquí. AGC califica su propia película con una transmisión superior a 90%, tras haber sido sometida a 16.000 horas de envejecimiento acelerado. Consulte los datos de la película AGC.. Eso protege la parte frontal y nada más. No salvará una celda que hayas doblado demasiado.

La única fórmula que explica tu lectura

Toma la etiqueta y multiplícala por cada condición real, una por una:

Ahora veamos qué impacto tiene una decisión de diseño. El mismo panel de 200 W, el mismo día soleado de verano, 900 W/m² en el plano del panel, 30 °C de temperatura ambiente, brisa ligera. La única variable que cambiamos es cómo se instala.

Ambas lecturas son correctas y ninguno de los paneles está defectuoso. La diferencia de 13 W entre ellas se debe simplemente al flujo de aire que se tuvo en cuenta en el diseño (o no), una decisión tomada una sola vez durante la instalación que se repite cada día soleado durante una década.

Coloca un controlador PWM inadecuado delante de cualquiera de las columnas en una mañana fresca y podrías perder una quinta parte de la luz. Mismo panel, mismo sol; diferente diseño del sistema.

Parte 3 — Las soluciones

Cómo recuperar la salida de su panel flexible

Un diagnóstico de 30 minutos que puedes realizar hoy mismo.

1. Elige tu momento. Cielo despejado, sol en lo alto, batería a 40–60%.
2. Medir la tensión en circuito abierto (Voc) en los terminales del panel con el controlador desconectado, luego compare con la hoja de datos. En un panel caliente, Voc debería estar ligeramente abajo el valor impreso es aproximadamente 0,25% menor por cada °C por encima de 25 °C.
3. Mida la corriente de funcionamiento de forma segura. Un amperímetro de pinza con rango de CC es la herramienta adecuada para esto. La mayoría de los multímetros portátiles tienen un fusible de 10 A y no deben provocar un cortocircuito en un panel de mayor capacidad, así que no improvise. Si realiza una prueba de cortocircuito con un equipo con la capacidad adecuada, conecte y desconecte el circuito en el panel, nunca bajo carga.
4. Lea la entrada fotovoltaica del controlador. — voltios y amperios en el lado del panel, no en el lado de la batería.
5. Toca la parte posterior del panel. y la superficie que hay debajo. Si está demasiado caliente para sostenerlo, significa que el calor es la principal pérdida.
6. Recorre el panel en tres momentos diferentes del día. y observa cada sombra que la cruza.
7. Siente los cables a corriente máxima. Un cable caliente significa una caída de tensión.

Leyendo los resultados

Reparaciones, en el orden que mejor paga.

1. Proporcione al panel una ventilación adecuada. Esta es la mayor ventaja que se puede obtener en una instalación con adhesivo, y recompensa una correcta ejecución. Un espacio sellado por sí solo no sirve de mucho, ya que el aire estancado bajo un panel se calienta hasta alcanzar la temperatura del panel y luego deja de transmitir calor a cualquier parte; Victron hace hincapié en este punto. Abra los extremos, mantenga una vía de flujo cruzado y construya con espaciadores, una capa corrugada o un marco ligero en lugar de una cavidad cerrada.

2. Haga coincidir el controlador con el panel. Compare Vmp con el voltaje de la batería en todo el rango de temperatura en el que opera, no solo en condiciones estándar de prueba (STC). Cuando Vmp se mantiene muy por encima del voltaje de la batería en condiciones frías, MPPT ofrece un mayor rendimiento por unidad consumida que cualquier otra opción de esta lista.

3. Repara el cableado antes de comprar más paneles. Cables más cortos, cables más gruesos, conexiones adecuadas, una sola marca de conectores de principio a fin.

4. Limpia según un horario, no por impulso. Los paneles planos lo necesitan con más frecuencia que los inclinados. Enjuague primero, luego use un paño suave y nunca raspe la lámina frontal de polímero.

5. Replanifica las sombras. Mueva el panel o divida el conjunto en dos módulos más pequeños con entradas MPPT separadas, para que una sola sombra no pueda afectar a todo el sistema.

6. Añade superficie, no optimismo. Cuando se necesita más energía útil, una mayor superficie de paneles bien ubicados es mejor que un número más grande impreso en una etiqueta.

Qué especificar al comprar el próximo panel

Esta tabla les ahorra a los compradores, distribuidores e instaladores de equipos originales un año de conversaciones sobre garantías. Solicite toda la información antes de realizar el pedido, no después de la reclamación.

Dos líneas de esa norma merecen ser leídas antes de confiar en un certificado. La norma IEC 61215-1 establece que sus resultados de prueba no deben interpretarse como una predicción cuantitativa de la vida útil del módulo, y su alcance excluye explícitamente las aplicaciones que no son a largo plazo; por ejemplo, menciona los módulos flexibles instalados en toldos o carpas. Consulte el alcance publicado.. Para instalaciones móviles y temporales, especifique sus requisitos en el contrato en lugar de dar por sentado que un certificado ya los cubre.

Dónde encaja Couleenergy

Fabricamos módulos flexibles de ETFE con contactos posteriores, y preferimos describirlos como lo haría un ingeniero en lugar de como lo hace un folleto.

Las celdas con contactos posteriores desplazan los contactos metálicos hacia la parte trasera, lo que libera superficie frontal y permite transmitir más vatios dentro del mismo espacio. En el techo de una autocaravana, la cubierta de un yate o el panel de un vehículo, ese espacio es casi siempre la limitación principal, no la tecnología de la celda en su interior.

Una lámina frontal de ETFE de calidad fotovoltaica resiste mucho mejor los rayos UV, la sal y la limpieza que las películas económicas. Además, nuestro programa personalizado le permite configurar el contorno, el voltaje, la salida del cable y el método de montaje, de modo que el módulo se adapte a la superficie en lugar de que la superficie se adapte al módulo.

El voltaje, en particular, es un detalle que no se debe dejar al azar. Determina si el controlador puede funcionar de forma óptima en el rango de temperatura en el que se utiliza habitualmente y también define el calibre del cable. Ambos factores influyen directamente en el consumo diario de vatios-hora.

Y esto es lo que haremos no afirmar.

Lo que haremos será diseñar el módulo, el método de montaje, el voltaje y la disposición de los diodos como un solo sistema, porque, en conjunto, eso es lo que realmente determina la cantidad de energía que se obtiene.

Salida de paneles solares flexibles: Preguntas frecuentes

Fuentes

1. Sandia PVPMC: modelo de temperatura del módulo y coeficientes de montaje
2. Sandia PVPMC: modelo de temperatura celular
3. pvlib — Temperatura de la celda SAPM, definiciones de montaje y conjunto completo de parámetros
4. King, Boyson & Kratochvil, Modelo de rendimiento de paneles fotovoltaicos, SAND2004-3535
5. NREL — Referencia técnica de PVWatts Versión 5 (tabla de pérdidas, modelo térmico, INOCT)
6. NREL — Calculadora de vatios fotovoltaicos
7. Victron Energy: ¿Qué controlador de carga solar elegir: PWM o MPPT?
8. Morningstar: etapas de carga de baterías solares
9. Revista pv — TÜV NORD sobre los límites de la ventaja de sombreado por contacto posterior
10. Cano (Universidad Estatal de Arizona) — Módulos fotovoltaicos: Efecto del ángulo de inclinación en la suciedad
11. AGC — Propiedades de la película Fluon ETFE
12. IEC 60904-3:2019 — Principios de medición de la irradiancia espectral de referencia y del STC (vista previa gratuita)
13. IEC 61215-1:2021 — alcance, exclusiones y cambios de 2021, incluido MQT 22
14. Hoja de datos del módulo tipo n convencional: referencia del coeficiente de temperatura
15. Couleenergy: ¿qué determina realmente la producción de los paneles solares flexibles?